Mikrodźwignia sprężysta jako czujnik biochemiczny

• Autorzy: Nieradka K. , Gotszalk T. , Kopiec D. , Małozięć G. , Pałetko P. , Wielgoszewski G. , Zawierucha P. , Grabiec P. , Janus P.

Warianty tytułu

EN

Microcantilever as a biochemical sensor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Unikalne właściwości mechaniczne i wysoki stosunek powierzchni do objętości mikrodźwigni sprężystych czynią je bardzo dobrymi czujnikami masy i siły. W połączeniu z chemiczną funkcjonalizacją powierzchni umożliwiają one obserwację zjawisk fizycznych i chemicznych zachodzących w skali molekularnej. Na Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki PWr skonstruowano głowicę pomiarową z natężeniowym układem detekcji ugięcia oraz cieczowo-gazową komórkę pomiarową o objętości roboczej próbki rzędu 100 µl. Opracowano oprogramowanie do akwizycji i obróbki danych pomiarowych. Przeprowadzono eksperymenty z funkcjonalizacją powierzchni dźwigni tiolami kwasu 11-merkaptoundekanowego i wiązaniem jonów metali alkalicznych. Obserwowano zmianę parametrów rezonansowych dźwigni, świadczącą o adsorpcji masy i indukowaniu naprężeń powierzchniowych przez powstającą samoorganizującą się monowarstwę sensorową a następnie przez wiązane jony. Opracowano metodę monitorowania w czasie rzeczywistym procesu tworzenia monowarstwy receptorowej i wiązania kationów poprzez obserwację statycznego ugięcia mikrodźwigni w środowisku cieczowym. Wyniki przeprowadzonych badań świadczą o dużej czułości (obserwowane zmiany masy rzędu pikogramów) i szybkości reakcji (minuty) czujników oraz o przydatności proponowanej metody w diagnostyce chemicznej. Stanowią wstęp do dalszych prac nad detekcją substancji o znaczeniu biologicznym.

EN

Unique mechanical properties and high surface area to volume ratio of cantilevers make them highly valuable mass and force sensors. Combined with chemical surface functionalization they facilitate investigation of molecular scale physical and chemical phenomena. At the Faculty of Microsystems Electronics and Photonics of Wrocław University of Technology a measurement head with optical deflection detection setup and a 100-µl liquid/gas microcell have been constructed. Measurement and acquisition software has been developed Experiments were conducted on microcantilever's surface functionalization with 11-mercaptoundecanoic acid thiols and on alkaline ions capture. Change of resonance parameters of the microcantilever was observed suggesting mass adsorption and surface stress induced by growing sensing self-assembled monolayer and subsequently bycations capture. A method for real-time monitoring of sensing monolayer and cation capture by observation of static bending of a cantilever in liguid environment has been developed. Experimental results indicate high sensitivity (observed mass change on the order of picograms) and rapid response (minutes) of microcantilever sensors and applicability of proposed method in chemical diagnostics. They constitute an introduction to further studies on detection of biologically important substances.

Słowa kluczowe

PL

czujnik biochemiczny; mikrodźwignia; monowarstwa; rezonans

EN

biochemical sensor; microcantilever; monolayer; resonance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 51, nr 6
• Strony: 76--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., wykr.

Twórcy

autor

Nieradka K.

autor

Gotszalk T.

autor

Kopiec D.

autor

Małozięć G.

autor

Pałetko P.

autor

Wielgoszewski G.

autor

Zawierucha P.

autor

Grabiec P.

autor

Janus P.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki

Bibliografia

• [1] Datskos P. i in.: Cantilever transducers as a platform for chemical and biological sensors. Review of Scientific Instruments, 75, 7, 2004, 2229-2253.
• [2] Lang H. i in.: Cantilever array sensors. Materials Today, 8, 4, 2005, 30-36.
• [3] Schroeder G. i in.: Materiały supramolekularne, 2008.
• [4] Li X. i in.: High-mode resonant piezoresistive cantilever sensors for tens-femtogram resoluble mass sensing in air. Journal of Micromechanics and Microengineering, 16, 2006, 1017-1023.
• [5] Lang H. i in.: A cantilever array-based artificial nose. Ultramicroscopy, 82, 2000, 1-9.
• [6] Li X. i in.: Trace TNT Vapor Detection with an SAM-functionalized Piezoresistive SiO2 Microcantilever. IEEE Sensors, 2006, 749-752.
• [7] Lang H. i in.: Multiple label-free biodetection and quantitative DNA-binding assays on a nanomechanical cantilever array. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99, 15, 2002, 9783-9788.
• [8] McKendry R. i in.: Nanomechanical detection of antibiotic-mucopeptide binding in a model for superbug drug resistance. Nature Nanotechnology, 3, 2008, 691-696.
• [9] Stoney G.: The Tension of Metallic Films Deposited by Electrolysis. Proceedings of the Royal Society of London Series A, 82, 1909, 172-175.